Vantagens das linhas de transmissão de corrente contínua de alta tensão em comparação com as linhas de corrente alternada

Tendo se tornado tradicionais linhas de transmissão de alta tensão, hoje operam invariavelmente em corrente alternada. Mas você já pensou nas vantagens que uma linha de transmissão CC de alta tensão pode oferecer em comparação com uma linha CA? Sim, estamos falando de linhas de transmissão de Corrente Contínua de Alta Tensão (HVDC Power Transmission).

Obviamente, para a formação de uma linha de corrente contínua de alta tensão, em primeiro lugar, conversores, que faria corrente contínua de corrente alternada e corrente alternada de corrente contínua. Tais inversores e conversores são caros, pois assim como peças de reposição para eles, possuem limitações de sobrecarga, além disso, para cada linha o aparelho deve ser único sem exageros. Em distâncias curtas, as perdas de energia nos conversores tornam essa linha de transmissão geralmente antieconômica.

Mas em quais aplicações será preferível usá-lo DC? Por que a alta tensão CA às vezes não é eficiente o suficiente? Finalmente, as linhas de transmissão de corrente contínua de alta tensão já estão em uso? Vamos tentar obter respostas para essas perguntas.

Você não precisa ir muito longe para obter exemplos. Um cabo elétrico colocado no fundo do Mar Báltico entre dois países vizinhos, Alemanha e Suécia, tem 250 metros de comprimento e, se a corrente fosse alternada, a resistência capacitiva causaria perdas significativas. Ou ao fornecer eletricidade para áreas remotas quando não é possível instalar equipamentos intermediários. Aqui também, a corrente contínua de alta tensão causará menos perdas.

E se você precisar aumentar a capacidade de uma linha existente sem colocar uma linha adicional? E no caso de alimentar sistemas de distribuição AC que não estão sincronizados entre si?

Enquanto isso, para potência específica transmitida para corrente contínua, em alta tensão, é necessária uma seção transversal menor do fio, e as torres podem ser mais baixas. Por exemplo, a Linha de Transmissão Canadense Bipolo Nelson River conecta a rede de distribuição e a estação de energia remota.

As redes de energia CA podem ser estabilizadas sem aumentar o risco de curtos-circuitos. As descargas corona, que causam perdas nas linhas AC devido a picos de tensão ultra-altas, são muito menores com DC, correspondentemente menos ozônio prejudicial é liberado. Novamente, reduzindo o custo de construção de linhas de energia, por exemplo, três fios são necessários para três fases e apenas dois para HVDC. Mais uma vez, os benefícios máximos dos cabos submarinos não são apenas menos material, mas também menos perdas capacitivas.

Desde 1997A AAB instala linhas HVDC Light com potência até 1,2 GW em tensões até 500 kV. Assim, um link de potência nominal de 500 MW foi construído entre as redes da Grã-Bretanha e Irlanda.

Essa conexão melhora a segurança e a confiabilidade do fornecimento de eletricidade entre as redes. Correndo de oeste para leste, um dos cabos da rede tem 262 quilômetros de extensão, com 71% do cabo no fundo do mar.

Mais uma vez, lembre-se de que se a corrente CA fosse usada para recarregar a capacitância do cabo, haveria perdas de energia desnecessárias e, como a corrente é aplicada constantemente, as perdas são insignificantes. Além disso, as perdas dielétricas AC também não devem ser negligenciadas.

Em geral, com corrente contínua, mais energia pode ser transmitida pelo mesmo fio, porque os picos de tensão na mesma potência, mas com corrente alternada, são maiores, além disso, o isolamento deve ser mais espesso, a seção transversal é maior , o a distância entre os condutores é maior, etc. Considerando todos esses fatores, o corredor da linha de transmissão em corrente contínua proporciona uma transmissão mais densa de energia elétrica.

Linhas permanentes de alta tensão não são criadas em torno deles campo magnético alternado de baixa frequênciacomo é típico das linhas de transmissão AC. Alguns cientistas falam sobre os malefícios desse campo magnético variável para a saúde humana, para as plantas, para os animais. A corrente contínua, por sua vez, cria apenas um gradiente de campo elétrico constante (não variável) no espaço entre o condutor e o solo, e isso é seguro para a saúde de pessoas, animais e plantas.

A estabilidade dos sistemas CA é facilitada pela corrente contínua.Devido à alta tensão e corrente contínua, é possível transferir energia entre sistemas CA que não estão sincronizados entre si. Isso evita que danos em cascata se espalhem. Em caso de falhas não críticas, a energia é simplesmente movida para dentro ou para fora do sistema.

Isso impulsiona ainda mais a adoção de redes CC de alta tensão, dando origem a novas bases.

Estação conversora Siemens para uma linha de transmissão de corrente contínua de alta tensão (HVDC) entre a França e a Espanha

Esquema de uma linha HVDC moderna

O fluxo de energia é regulado por um sistema de controle ou estação de conversão. O fluxo não está relacionado ao modo de operação dos sistemas conectados à linha.

As interconexões em linhas DC têm uma capacidade de transmissão arbitrariamente pequena em comparação com as linhas AC, e o problema de links fracos é eliminado. As próprias linhas podem ser projetadas levando em consideração a otimização dos fluxos de energia.

Além disso, desaparecem as dificuldades de sincronizar vários sistemas de controle diferentes para a operação de sistemas de energia individuais. Controladores de emergência rápidos incluídos Fios elétricos de corrente contínua aumentando a confiabilidade e a estabilidade da rede geral. O controle do fluxo de potência pode reduzir oscilações em linhas paralelas.

Essas vantagens facilitarão a adoção mais rápida da interação de corrente contínua de alta tensão para quebrar grandes sistemas de energia em várias partes sincronizadas entre si.

Por exemplo, vários sistemas regionais foram construídos na Índia e são interconectados por linhas de corrente contínua de alta tensão.Há também uma cadeia de conversores controlada por um centro especial.

É o mesmo na China. Em 2010, a ABB construiu na China a primeira corrente contínua de ultra-alta tensão de 800 kV na China. A linha Zhongdong — Wannan UHV DC de 1100 kV com um comprimento de 3400 km e uma capacidade de 12 GW foi concluída em 2018.

Até 2020, pelo menos treze canteiros de obras foram concluídos. Linhas EHV DC na China. As linhas HVDC transmitem grandes quantidades de energia por distâncias significativas, com vários fornecedores de energia conectados a cada linha.

Como regra, os desenvolvedores de linhas de transmissão de corrente contínua de alta tensão não fornecem ao público em geral informações sobre o custo de seus projetos, pois isso é um segredo comercial. No entanto, as especificidades dos projetos fazem seus próprios ajustes, e o preço varia de acordo com: potência, comprimento do cabo, método de instalação, custo do terreno, etc.

Ao comparar economicamente todos os aspectos, é tomada uma decisão sobre a viabilidade de construir uma linha HVDC. Por exemplo, a construção de uma linha de transmissão de quatro linhas entre a França e a Inglaterra, com capacidade de 8 GW, juntamente com obras onshore, exigiu cerca de um bilhão de libras.

Lista de projetos significativos de Corrente Contínua de Alta Tensão (HVDC) do passado

Na década de 1880 houve uma chamada guerra de correntes entre proponentes DC como Thomas Edison e proponentes AC como Nikola Tesla e George Westinghouse. A corrente contínua durou 10 anos, mas o rápido desenvolvimento dos transformadores de potência, necessários para aumentar a tensão e assim limitar as perdas, levou à proliferação das redes CA. Foi somente com o desenvolvimento da eletrônica de potência que o uso de corrente contínua de alta tensão se tornou possível.

Tecnologia HVDC surgiu na década de 1930. Foi desenvolvido pela ASEA na Suécia e na Alemanha. A primeira linha HVDC foi construída na União Soviética em 1951 entre Moscou e Kashira. Então, em 1954, outra linha foi construída entre a ilha de Gotland e a Suécia continental.

Moscou — Kashira (URSS) — comprimento 112 km, tensão — 200 kV, potência — 30 MW, ano de construção — 1951. É considerada a primeira corrente contínua eletrônica de alta tensão totalmente estática do mundo, colocada em operação. A linha não existe no momento.

Gotland 1 (Suécia) — comprimento 98 km, tensão — 200 kV, potência — 20 MW, ano de construção — 1954. O primeiro link HVDC comercial do mundo. Expandido pela ABB em 1970, desativado em 1986.

Volgogrado — Donbass (URSS) — comprimento 400 km, tensão — 800 kV, potência — 750 MW, ano de construção — 1965. O primeiro estágio da linha de energia de 800 kV DC Volgogrado — Donbass foi comissionado em 1961, o que foi notado na imprensa na época como um estágio muito importante no desenvolvimento técnico da engenharia elétrica soviética. Atualmente a linha está desativada.

Teste de retificadores de alta tensão para uma linha de corrente contínua no laboratório VEI, 1961.

Diagrama de linha de corrente contínua de alta tensão Volgograd — Donbass

Olhar: Fotografias de instalações elétricas e equipamentos elétricos na URSS 1959-1962

HVDC entre as ilhas da Nova Zelândia — comprimento 611 km, tensão — 270 kV, potência — 600 MW, ano de construção — 1965. Desde 1992, АBB reconstruído… Tensão 350 kV.

desde 1977até agora, todos os sistemas HVDC foram construídos usando componentes de estado sólido, na maioria dos casos, tiristores, desde o final dos anos 1990, conversores IGBT foram usados.

Inversores IGBT na estação conversora da Siemens para a linha de transmissão de corrente contínua de alta tensão (HVDC) entre a França e a Espanha

Cahora Bassa (Moçambique - África do Sul) — comprimento 1420 km, tensão 533 kV, potência — 1920 MW, ano de construção 1979. Primeiro HVDC com tensão superior a 500 kV. Reparação ABB 2013-2014

Ekibastuz — Tambov (URSS) — comprimento 2414 km, tensão — 750 kV, potência — 6000 MW. O projeto teve início em 1981. Quando entrar em operação, será a maior linha de transmissão do mundo. Os canteiros de obras foram abandonados por volta de 1990 devido ao colapso da União Soviética e a linha nunca foi concluída.

Interconnexion France Angleterre (França — Grã-Bretanha) — comprimento 72 km, tensão 270 kV, potência — 2000 MW, ano de construção 1986.

Gezhouba — Xangai (China) — 1046 km, 500 kV, potência 1200 MW, 1989.

Rihand Deli (Índia) — comprimento 814 km, tensão — 500 kV, potência — 1500 MW, ano de construção — 1990.

Cabo Báltico (Alemanha - Suécia) — comprimento 252 km, tensão — 450 kV, potência — 600 MW, ano de construção — 1994.

Tien Guan (China) — comprimento 960 km, tensão — 500 kV, potência — 1800 MW, ano de construção — 2001.

Talcher Kolar (Índia) — comprimento 1450 km, tensão — 500 kV, potência — 2500 MW, ano de construção — 2003.

Três Gargantas — Changzhou (China) — comprimento 890 km, tensão — 500 kV, potência — 3000 MW, ano de construção — 2003. Em 2004 e 2006.Mais 2 linhas foram construídas da usina hidrelétrica HVDC "Três Gargantas" para Huizhou e Xangai por 940 e 1060 km.

A maior usina hidrelétrica do mundo, as Três Gargantas, está conectada a Changzhou, Guangdong e Xangai por linhas de corrente contínua de alta tensão

Xiangjiaba-Shanghai (China) — a linha de Fulong a Fengxia. O comprimento é de 1480 km, a tensão é de 800 kV, a potência é de 6400 MW, o ano de construção é 2010.

Yunnan – Guangdong (China) — comprimento 1418 km, tensão — 800 kV, potência — 5000 MW, ano de construção — 2010.